全风化花岗岩抗剪强度影响因素分析

研究了香港全风化花岗岩三轴抗剪强度指标凝聚力c、内摩擦角 同微结构及成分的关系,指出微结构的特点决定了强度特点, 值主要由其石英与长石总含量和颗粒中大于0.5 mm的含量所控制,而c值的影响因素复杂性决定了其试验结果的离散性。通过研究c, 值与应变之间的关系,说明摩擦力在强度中占的比重大,并能够进一步解释c值结果的离散性大的原因。     

岩桥直剪细观破坏特征与剪胀效应研究

节理岩体的剪切贯通机制影响着边坡的稳定性。为揭示锁固段型非贯通节理岩体在不同连通率和法向应力下的破坏特征,在室内直剪试验中结合高速摄影与AE特征参数分析其剪切全过程及剪胀效应。结果表明:节理岩体直剪试验中,法向应力的增大及节理连通率的下降会致使峰值剪切应力及峰值剪切位移增大;节理连通率与法向应力对其破坏特征具显著影响,表现为节理连通率较高且法向应力较小时呈直接剪断的特性,节理连通率降低后呈拉剪复合破坏,出现剪胀现象,而法向应力的增大使得剪胀效应呈波动现象;AE特征与岩桥贯通过程一致,事件数峰值随节理连通率的降低及法向应力的增大而增大且位于峰后。试验得到的岩桥细观破坏特征与剪胀效应对研究锁固段型岩质边坡的贯通破坏机制具指导意义。     

基于大型直剪试验的强风化粗粒料剪胀特性试验研究

剪胀性是岩土材料的重要特性之一,为研究不同工况条件下粗粒料室内大型直剪试验中的剪胀特性,采用新型室内大型直剪仪对3组不同含水率、4组不同剪切速率、5组不同含砾率等3种不同影响因素的试样进行了室内大型直剪试验,分析了剪切时试样的垂直位移与水平剪切位移及垂直应力的关系。试验结果表明：在保持其他影响因素相同条件下,垂直应力的增加导致相同水平剪切位移对应的剪缩量增加;试样的最大剪缩量随着含水率的增加有一定程度的增大,而随着剪切速率的增加而减小;含砾率低于30%试样的最大剪缩量较含砾超过于30%试样的剪缩量大很多,最大剪缩量差别为3倍。当试样含砾率小于50%时,由于试样中富含细颗粒的影响,使得应力-应变曲线具有应变软化属性以及剪胀性趋于一固定值。峰值强度前的应力比-位移增量关系采用非线性的二次项拟合比线性关系的拟合度更好,认为Matsuoka提出的二维剪胀公式不适用于粗粒料,将其修正成二次多项式并给出试验中的经验参数μ的取值区间。     

差异含水率下全风化混合花岗岩抗剪强度与微观结构试验研究

全风化混合花岗岩是一类成因极为特殊的岩石,当前对其力学性质和微观结构研究极少。为探究临沧全风化混合花岗岩宏观强度特性与微观结构间的联系,对不同含水率试样开展三轴试验和扫描电镜测试,提取计算表征颗粒和孔隙尺寸、形态与定向特征的微观结构参数,对比分析这些微观结构参数的变化规律,揭示了控制全风化混合花岗岩宏观强度特性的微观机制。研究结果表明：随着含水率升高,试样应力-应变曲线表现出差异化的硬化特征,抗剪强度显著劣化,内摩擦角呈线性趋势衰减,而黏聚力则上下波动;低含水率状态下,试样孔隙分布以微、小孔为主,颗粒形态多为角状和次角状的长条形且具有一定的定向性;随着含水率升高,孔隙含量呈上升趋势,形成了分布均匀的蜂窝状中、大孔且在轴向荷载作用下更容易被压缩,颗粒的形态向圆形发展,整体分布表现为混乱无序,定向性较差。全风化混合花岗岩的力学性质表现本质上是微观颗粒、孔隙结构相互作用的结果,含水率升高弱化了粗颗粒间的摩擦性,黏土颗粒遇水产生不均匀膨胀,在微观层面上直接导致孔隙的贯通、粗化以及充填结构的损伤、破坏,继而在宏观层面上表现出力学性能下降。研究成果为全风化混合花岗岩力学性质及微观结构损伤演化的认知...     

全风化花岗岩的路用动态特性研究

利用动三轴试验,研究了全风化花岗岩在重复荷载作用下的动态特性,根据累积应变随加载次数的变化规律,建立了动强度曲线,分析了动强度与围压、压实度以及动模量与动应力的相关关系,讨论了含水量对动态特性的影响,提出了运用动态特性评价公路路基填料的方法,并在实际工程中予以应用。     

全风化花岗岩改良土路基的长期稳定性试验研究

全风化花岗岩用于高速公路填料已有成功的案例,但由于高速铁路路基变形控制更为严格,能否用于高速铁路路基填料还没有得到实体工程的验证。基于全风化花岗岩及其改良土的工程力学性质和变形特性,使用PMS-500型循环加载设备对全风化花岗岩改良土路基实体工程进行了现场循环加载试验研究,模拟分析了不同轴重列车荷载长期循环作用下浸水前后全风化花岗岩改良土路基的动态特性及沉降规律和其下雨前后路基性状变化。试验结果表明,全风化花岗岩改良土路基经过500万次列车模拟动荷载作用后,即使经历了如雨水长期浸饱路基的最为恶劣工况,最终沉降量不超过7.0 mm,证实了全风化花岗岩经过改良后能满足高速铁路变形控制的设计要求,可用于高速铁路的基床底层及路堤本体填料     

全风化花岗岩抗剪强度试验结果对比及影响因素分析

对三轴和直剪试验得到的土抗剪强度结果对比及其主要影响因素分析很少。本文通过对采自香港两处边坡顶部 3个探坑中 1 1组全风化花岗岩样三轴固结不排水剪切和慢剪试验 ,得到了它们的有效抗剪强度值。孔隙度小的中细粒kt样品抗剪强度值总体大于孔隙度大的中粗粒skm样品。对同一组样品两种试验得出的有效抗剪强度值对比发现 :三轴试验结果大于直剪试验结果。两者相差有效内聚力c' =- 6 0～ 6 0kPa ,有效内摩擦角 '=- 2～ 1 8;两者的c'呈正线性相关 (相关系数R =0 .84 9) ,两者的 '正对数相关 (R =0 .6 86 )。两种实验的c'差值和 '差值呈弱负线性相关 (R =0 .377)。这些差别主要归因于样品物质成分和结构特征 (如粘粒、石英和粘土矿物含量等 )不同。其中 ,粘粒含量和c'值负相关 ,而与c'值差值呈正对数相关 (R =0 .776 ) ,即随着粘粒含量增加 ,三轴和直剪的有效内聚力c'差别也变大 ;粘粒和粘土矿物含量都和 '值及差值负对数相关。而含量较高的石英与有效内聚力c'值和差值都呈正相关。本文结果表明 ,在分析对比抗剪强度试验结果差别时 ,要特别注意分析粘粒、粘土矿物和石英含量变化 ,其次是天然密度和游离Fe2 O3 含量的影响     

大型原位直剪试验设备改进研制与应用

大型原位直剪试验的试样尺寸大,对土体扰动小,是获取岩土体强度参数的有效方法。中国科学院武汉岩土力学研究所在参考室内、现场两用大型直剪仪后,又改进研制了一套大型原位剪切设备。与传统原位直剪设备不同,该设备采用上、下两个刚性剪切盒,可完成尺寸为50 cm×50 cm×41 cm,最大粒径为5 cm的原位土体试样的剪切试验。该直剪设备组装方便,采用高精度传感器可自动采集数据,更适合于复杂的现场试验环境。介绍了该设备的结构组成、工作原理、技术优点。结合实例详细介绍了大型原位直剪试验的试验方法及注意事项。将此大型原位直剪设备应用于向家坝库区两个滑坡现场试验,得到了滑坡滑带、滑体的原位抗剪强度参数,分析了不同试样大型原位直剪试验剪切曲线的特点,进一步论证了该直剪设备的优良工作性能。     

全风化花岗岩样品中粘土矿物含量变化对比

全风化花岗岩三大矿物组分——石英、长石和粘土矿物含量变化情况怎样?粘土矿物含量变化幅度多大?以香港九龙3个探坑中采到的18箱(边长30cm的立方体)样品为例, 将1箱样品的不同区分别取样后的XRD鉴定结果(包括全岩3种主要矿物成分变化、粘粒中高岭石和伊利石变化范围值)进行对比, 结果发现它们中矿物成分含量变化范围一般为10%~20%.高岭石相对含量变化幅度大于伊利石, 粗粒结构样品变化值大于细粒样品值.对同一样品不同分析人员得出的结果差别很大.分析后认为样品自身的非均质性和分析人员经验不同, 都可造成粘土矿物含量的明显差别.为进一步分析XRD鉴定样品间矿物成分差异值的可靠性, 还将XRD结果同薄片统计结果进行了对比.结果发现来自石硖尾样品中的石英含量普遍较高, 长石含量普遍较低, 而粘土矿物含量在石硖尾和观塘都有高有低.从两者差值看, 矿物含量相差0%~35%.这项研究说明全风化花岗岩一定范围内的非均质性程度同风化物中矿物是原矿物还是粘土矿物的认定一起对最终结果产生很大影响.      

全风化花岗岩化学及矿物成份在全土和粘粒中的不同表征

对全风化花岗岩化学和矿物成份的测试常用全土和粘粒部分(粒径2减少了近50%,K2O含量也降低,而Al2O3、Fe2O3和H2O+都明显升高。粘粒中氧化物相对含量升高者居多;全岩矿物成份以石英、粘土矿物和长石为主,粘粒中埃洛石和高岭石占大多数,其次为伊利石;粒度成份、化学成份和矿物含量相关性比较明显的是:石英和角砾正相关,和砂粒负相关,长石和砂粒正相关,粘土矿物含量和Al2O3、烧失量(LOI)和埃洛石含量正相关。     

五种不同途径获取全风化花岗岩孔隙度数值对比

在岩土工程理论研究和工程实践中土孔隙度是一个经常遇到和需要明确数值的参数。它的大小由常规土工试验数据换算得出。另外,还可通过压汞试验(包括氦孔隙仪和压汞仪)、薄片观测、扫描电镜图象处理等试验分析得到其数值。这5种不同途径得出的同一套土样孔隙度差别多大?本文以全风化花岗岩为例,通过5种途径对相当数量样品孔隙度进行了试验分析和计算。结果发现,这5种途径得到5种不同孔隙度数值;其差别一方面表现在数值大小上,另一方面显示孔隙度应属不同范畴和物理意义。区别对待这一点对工程计算应用很有意义。物理实验结果换算出的孔隙度为绝对孔隙度,数值结果最大;压汞试验得到的孔隙度是三维空间内孔隙的体积百分比(氦气计测得的为开孔隙度,压汞仪得到的应是有效孔隙度);薄片和扫描电镜图象处理得到的是不同尺度范围上二维平面内孔隙面积百分比,其中以薄片鉴定得到的孔隙度值最小,原因在于在毫米级观察尺度上很多粒内孔隙被忽略掉了。而因为局部结构影响被放大,扫描电镜图象处理得到的孔隙度值变化较大而不很稳定,但微孔隙基本得到了反映。5种孔隙度数值从大到小依次是:绝对孔隙度(物理实验法)>开孔隙度(氦孔隙仪)>SEM孔隙度>有效孔隙度(压汞仪)>薄片孔隙度。总体看它们之间差值较明显。     

利用常规直剪试验评价非饱和黄土抗剪强度

为了研究一种简化的方法评价非饱和黄土抗剪强度,本文利用常规直剪仪对非饱和重塑黄土进行固结快剪试验,Whatman s No.42型滤纸测试固结前和剪切后土样吸力,研究同一正应力下初始吸力和剪后吸力的变化趋势及机理,并用非饱和直剪测试结果对常规直剪和滤纸法测得的吸力与强度进行了效验。研究表明,土-水特征曲线的进气值和残余值对固结前和剪切后干密度和吸力的变化起控制作用,获得初始吸力与剪后吸力的变化关系。基于Vanapalli模型,提出了利用土样初始土-水特征曲线、有效黏聚力和有效内摩擦角预测非饱和黄土抗剪强度的公式,研究结果简化了非饱和土强度测试方法,节约了时间,为非饱和土抗剪强度理论在工程实践中推广应用提供新思路。     

人工配制生活垃圾强度特性的超大型直接剪切试验

将生活垃圾分为易降解材料、难降解材料和不可压缩的固体材料3大类,其比例为50%、15%、35%。在环境土工实验室,人工配制该比例的垃圾,采用超大型直接剪切试验仪器,进行了生活垃圾强度特性及抗剪强度参数的研究。研究表明,生活垃圾的强度与压缩时间和剪应变有关,且符合库仑定律,得到了初始孔隙比为2.9的生活垃圾在不同压缩时间及不同剪应变下的抗剪强度参数,黏聚力为9.69~15.64kPa,内摩擦角为18.73~35.53。     

宽级配砾质土作为GCls防渗垫保护层的抗剪强度试验研究

水化后的土工织物黏土垫层(GCls)是良好的复合防渗材料,但同时表现出较低的抗剪强度特性。为改善水化后的GCls抗剪强度低的缺陷,拟采用取自天然并经人工调配的宽级配砾质土料代替黏土作为GCls防渗垫的保护层,共同构成复合防渗系统。文中利用TGH直剪摩擦拉伸仪对筛选出的宽级配砾质土及其与不同水化条件下的GCL接触面进行了试验研究,得到宽级配砾质土样及其与质量含水率分别为50%和完全水化的GCL接触面的抗剪强度试验数据并进行了整理分析。结果显示,宽级配砾质土样的抗剪强度大于其与不同水化条件下的GCL接触面的抗剪强度,且宽级配砾质土与GCL接触面的抗剪强度随GCL含水率的增加而减小。因此,可以根据外荷载作用下土中应力会发生扩散的原理,利用抗剪强度高和压缩性低的砾质土来承担部分甚至全部荷载,以弥补水化后的GCls抗剪强度低的缺陷。     

湖南连云山剪切重熔型花岗岩的野外构造岩相分带

湖南连云山扁透镜状花岗岩侵位于长寿街—双牌走滑断裂带内。野外地质剖面观测结果表明 ,该岩区存在如下连续过渡的构造岩相分带 :未卷入断裂变形变质的冷家溪群 (围岩 )→含石榴子石云母石英构造片岩→混合岩化石英云母片岩→条带状、肠状混合岩夹透镜状花岗质小块岩→片麻状、块状黑云二长花岗岩 (主体 )。区域地质构造解析结果表明 ,连云山花岗岩与晚三叠世—侏罗纪 NNE向会聚走滑断层动热变质—剪切重熔型岩浆作用有关。     

衡山岩体西缘韧性剪切带磁性组构研究

本文对采自衡山花岗岩体西缘韧性剪切带的标本进行了岩石磁性组构研究,并将其与常规应变分析方法所得结果予以比较,表明了岩石磁化率各向异性椭球体与应变椭球体之间有一定的对应关系,岩石磁化率各向异性技术可望成为构造地质学的一种新手段。岩石磁性组构资料可应用于变形岩石的应变分析,特别是在没有宏观应变标志或者通常的岩石组构分析方法太费时间的情况下更显出其优越性。     

基于直剪试验的岩体结构面表面温度与粗糙度关系研究

大型岩质滑坡往往伴随热效应, 热效应引起的摩擦系数降低可以用来解释高速远程现象。为了研究岩体结构面剪切破坏后表面热量产生特征, 首先, 分别利用红外热成像仪和三维激光扫描仪对直剪试验破坏后的结构面表面进行拍摄与扫描, 得到其表面温度分布与精细几何信息。然后, 利用数学统计方法获取剪切破坏后结构面表面温度分布情况; 利用改进的2D divider方法获得结构面表面三维模型的分形维数, 进行粗糙度评价。最后, 结合直剪试验正向应力数据, 分析岩体结构面剪切破坏后表面平均温度与其所受正应力以及粗糙程度两参数之间的拟合关系。结果显示:滑坡启程阶段(低速剪切)破坏中(1)岩体结构面表面粗糙程度影响剪切过程中热量的产生, 表面越粗糙, 产生的热量越多, 并且热量主要集中在结构面表面凸起部位; (2)岩体结构面所承受的正压力影响剪切过程中热量的产生, 正应力越大, 产生的热量越多; (3)岩体结构面表面粗糙度对剪切破坏热量产生的影响较所受正应力略大。研究成果为大型岩质滑坡破坏过程中的能量研究提供了技术参数与理论支持。